Estudio de la contaminación por metales pesados en la cuenca del Llobregat

Abstract

Los estudios de calidad de las cuencas hidrográficas han adquirido gran interés en las últimas décadas, dado el incremento de población en sus riberas, el creciente grado de industrialización y los aportes del sector primario. En este trabajo se ha evaluado el grado de contaminación por metales pesados de las aguas y de los sedimentos de la cuenca del Llobregat. El análisis de los metales pesados tiene un interés especial al tratarse de una cuenca altamente aprovechada para el consumo en el área metropolitana de Barcelona que conjuntamente con la procedente del río Ter abastecen a una población de más de cuatro millones de habitantes. <br/><br/>Por otro lado, este estudio supone un aporte de información valioso sobre la distribución de Sb, As, Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb y Zn en aguas y sedimentos de la cuenca del Llobregat, así como de la biodisponibilidad de estos elementos en el medio acuático a partir del estudio de especiación. <br/><br/>Para llevar a cabo este estudio se establecieron diecisiete puntos de muestreo, ocho de ellos situados en el río Llobregat, cuatro en su afluente principal el río Cardener y cinco en el río Anoia. Las muestras de las aguas y los sedimentos se recogieron durante un año con una frecuencia trimestral. <br/><br/>Los sedimentos se han secado a 105ºC para la determinación de los elementos Sb, Cd, Cu, Cr, Ni, Pb y Zn durante 24 horas y, a 60ºC para los metales volátiles (As y Hg) por un periodo de 16 horas y todos ellos tamizados a 63 mm de luz de malla. Esta fracción contiene la práctica totalidad de la materia orgánica y los metales pesados al mismo tiempo supone una homogeneización del material objeto de análisis.<br/><br/>La extracción de los metales en sedimentos se llevo acabo mediante digestión ácida: con ácido nítrico y clorhídrico concentrado, utilizando recipientes de Pyrex cerrado durante 3 horas a 150ºC en baño de arena. Los contenidos metálicos en las aguas y los sedimentos se analizaron por Espectrometría de Masas con fuente de Plasma Acoplada Inductivamente (ICP-MS) ELAN 6000. También se han determinado los parámetros físico-químicos y componentes mayoritarios en las aguas y también los contenidos de carbonatos, materia orgánica y silicatos en los sedimentos, para tratar de establecer posibles correlaciones entres sus contenidos y los de metales pesados en sedimentos y para realizar una caracterización litogénica de estos materiales.<br/><br/>Según los resultados obtenidos, las aguas de la cuenca del Llobregat presentan una elevada salinidad con altos valores de conductividad, cloruros y residuo seco. Estos valores destacan especialmente después de las explotaciones mineras. De los tres ríos estudiados el río que está más afectado es el Anoia, por los parámetros de salinidad.<br/><br/>En lo que respecta a la concentración de los metales pesados en las aguas, cabe destacar en toda la cuenca del Llobregat sólo tres puntos de muestreo están sensiblemente contaminados, en el río Llobregat en Sant Joan Despí por el Ni y en el Anoia en Vilanova del Camí y en Capellades por el metal Cr.<br/><br/>Teniendo en cuenta la legislación Holandesa, se ha constatado que los sedimentos están sensiblemente contaminados por Cu en el río Llobregat a partir de Martorell-L hasta Sant Joan Despí y en el río Anoia los puntos de muestreo de Vilanova del Camí, Sant Sadurní d'Anoia y Martorell-A. Por el metal Cr el punto de Vilanova del Camí en el río Anoia. En cambio el metal Ni supera los máximos valores estipulados en los tres ríos, en la mayoría de los puntos de muestreo.<br/><br/>Finalmente, se ha realizado el análisis de especiación iónica de los metales pesados en los sedimentos por el método BCR. Se han determinado las concentraciones de metales ligadas a cada fracción. Este método recoge cuatro fracciones de metal: iones intercambiables y carbonatos (f-1), óxidos de Fe-Mn (f-2), materia orgánica (f-3) y fase residual (f-4). Este estudio nos ha permitido establecer que en los sedimentos fluviales estudiados la fracción más abundante de los metales Sb, As, Cu, Ni, Pb y Zn, es la fase residual. Por el contrario, los elementos Cd y Cr se hallan en las fases extraíbles.

The study of the quality in hydrographic river basins have generated substantial interest in the last decades, because of an increase in population, the industrialization process and the contributions of the primary sector. The main objective of this work is to evaluate the contamination by heavy metals in waters and sediments from Llobregat river basin. The determination of the heavy metals in Llobregat basin has a special interest because this basin is highly made use of for the consumption in metropolitan area from Barcelona that together Ter river supplies more than four million of inhabitants. <br/><br/>On the other hand, this study contributes an interesting information on the distribution of Sb, As, Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb and Zn elements in waters and sediments from Llobregat river basin, as well as the study of these elements in aquatic systems by means of speciation study. <br/><br/>In order to carry out this study seventeen points were studied, eight of them situated in Llobregat river, four in their main affluent (Cardener river) and five in Anoia river. Waters and sediments samples took during a year with a quarterly frequency. <br/><br/>Sediments have been dried to 105ºC for the determination of Sb, Cd, Cu, Cr, Ni, Pb and Zn elements during 24 hours and, to 60ºC for the determination of volatile metals (As and Hg) by a period of 16 hours and all of them sifted to 63 µm mesh light. This fraction make up the major part of organic matter and the heavy metals, at the same time suppose a material homogenization. <br/><br/>The extraction of heavy metals in sediments was performed by means of a mixture of acid digestion: with HCl and HNO3 concentrated, using Pyrex vessels closed for 3 hours to 150ºC in sand bath. The metallic elements contents in waters and sediments were analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) ELAN 6000. Also the physico-chemical parameters have been determined as well the majority components in waters and carbonates content, organic matter and silicates in sediments, in order to establish the correlations between its contents and heavy metals content in sediments and to characterize these materials. <br/><br/>According to the obtained results, the waters from Llobregat river basin present a high salinity with high conductivity values, chlorides and dry remainder. These values emphasize specially after the mining operations. Among three rivers studied the most affected is Anoia river, by the salinity parameters. <br/><br/>In reference to the heavy metals concentration in waters, it is worthwhile emphasizing that only three points from Llobregat basin are sensibly contaminated: in Sant Joan Despí by Ni metal (Llobregat river) and in Vilanova of the Camí and Capellades by the Cr metal (Anoia river). According to the Dutch legislation, Martorell-A point corresponding to Llobregat river, are contaminated by Cu metal from Martorell-L to Sant Joan Despí and the points from Vilanova of the Camí, Sant Sadurní d'Anoia and Martorell-A in Anoia river. The point from Vilanova of the Camí in Anoia river is contaminated by Cr metal. However, Ni metal surpasses the maximum values stipulated in the three rivers. <br/><br/><br/>Finally, the analysis of ionic speciation of heavy metals has been made in sediments by BCR method by determining metal concentrations related to each fraction. This method studies four fractions of metal: interchangeable ions and carbonates (f1), Fe-Mn oxides (f2), organic matter (f-3) and residual phase (f-4). This study allow us to establish that the most abundant fraction of metals as Sb, As, Cu, Ni, Pb and Zn in fluvial sediments, exist in the residual phase. On the contrary, Cd and Cr elements are in the extracted phase.